(57)【要約】【課題】  カソード電極２とゲート電極４とを絶縁層３を間に挟んで積層し、ゲート電極４と絶縁層３を貫通するゲートホール内に位置するカソード電極２上に電子放出膜５を配置した電子放出素子の製造方法において、開口内の絶縁層３の壁面に付着した電子放出膜５の材料を除去できるようにし、リーク電流の少ない高効率な電界放出型の電子放出素子を容易に製造できるようにする。【解決手段】  絶縁層３とゲート電極４のうち、少なくともゲート電極４を貫通し、ゲートホールである第１開口６に並設される第２開口を形成し、前記第２開口と、内部に前記電子放出膜５が堆積された前記第１開口６との間に存在する絶縁層３を、前記第１開口６と第２開口７とが連通するまでエッチングする工程を有する電子放出素子の製造方法とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）第１導電層と該第１導電層上に配置された絶縁層と該絶縁層上に配置された第２導電層とを備え、該絶縁層と該第２導電層とを貫通した第１開口を有する構造体を用意する工程と、
（Ｂ）前記第１開口内に電子放出部材を構成する材料を堆積する工程と、
（Ｃ）前記絶縁層と第２導電層のうち、少なくとも第２導電層を貫通し、前記第１開口に並設される第２開口を形成する工程と、
（Ｄ）前記第２開口と、内部に前記電子放出部材を構成する材料が堆積された前記第１開口との間に存在する絶縁層を、前記第１開口と第２開口とが連通するまでエッチングする工程と、
を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記工程Ｂは、前記電子放出部材を構成する材料を含む膜を塗布法を用いて行う工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】
前記工程Ｄにおけるエッチングがウエットエッチングであることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
複数の電子放出素子を備える電子源の製造方法であって、前記複数の電子放出素子の各々が請求項１乃至３のいずれか１項に記載の製造方法により製造されることを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項５】
電子源と該電子源から放出された電子が照射されることにより発光する発光体とを備える画像表示装置の製造方法であって、前記電子源が請求項３に記載の製造方法により製造されることを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子、電子源および画像形成装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子放出素子には、電界放出型（以下、「ＦＥ型」と称する）などがある。ＦＥ型には、カソード電極とゲート電極とを絶縁層を間に挟んで積層し、ゲート電極と絶縁層を貫通する開口（ゲートホール）内に位置するカソード電極上に電子放出部材を配置した形態がある。このような形態の代表的な例として上記開口内に円錐状の電子放出部材を設けたスピント型がある。
【０００３】
従来、上記電子放出素子の製造方法として、以下のようなものが知られている。
【０００４】
（１）開口を形成した後に、リフトオフプロセスにより開口内に電子放出部材を堆積させる方法（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
（２）開口内に電子放出部材を堆積させた後、開口内にエッチング液を導入し、絶縁層の開口周壁面に付着した電子放出膜の一部を除去する方法（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
（３）カソード電極上に予め電子放出部材を堆積させた後に絶縁層およびゲート電極を形成し、その後に開口を形成する方法（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−９６７０４号公報
【特許文献２】特開２０００-１９５４４８号公報
【特許文献３】特開平８−２６４１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のように、電子放出部材の堆積にリフトオフプロセスを用いた場合、開口内への電子放出部材の堆積時に開口内の絶縁層の側壁部に導電性材料である電子放出部材の付着が生じやすい。また、リフトオフ時にも、開口内の絶縁層の側壁部に電子放出部材の付着が生じやすい。このため、ゲート電極とカソード電極間のリーク電流が増大する恐れがある。
【０００９】
また、特許文献１には、開口を形成した後に、ウエットエッチングなどによって、開口内に露出する絶縁層の一部を除去することでオーバーハング部を形成しておくことも開示されている。これは、オーバーハング部を形成した開口をマスクとして用いることで、開口内の絶縁層側壁部への電子放出部材の付着を解消しようとするものである。しかし、このようにすると、電子放出部材の成膜方法が指向性の高い成膜方法に限られてしまい、プロセスマージンが小さくなる問題を生じる。
【００１０】
特許文献２のように、内部に電子放出部材が堆積された開口内にエッチング液を導入しても、付着している電子放出部材の面積やその付着量にもよるが、付着物自体が障壁となり、十分なエッチングができない。つまり、付着物（電子放出部材の一部）と絶縁層の側壁との間にエッチャントが侵入せずに十分に付着物を取り除くことができず、ゲート電極とカソード電極間のリーク電流を解消できない場合がある。また、開口毎に付着している形態が異なるため、リーク電流のバラツキも生じる。
【００１１】
特許文献３の方法によれば、上記付着物によるリーク電流の問題については、解決できる。しかし、この方法では、開口を作製するプロセスにおいて、電子放出部材がエッチングのストップ層となる。そのため、電子放出部材がエッチングに対して十分に遅いエッチングレートを持つ必要がある。このことが、絶縁層および電子放出部材の材料の選択やエッチングプロセスの選択等のプロセスマージンを小さくしてしまう。さらに、長時間エッチングプロセスに電子放出部材が曝されているために、プラズマ等により電子放出部材の劣化が起こってしまう。さらには、この様な方法で製造すると、ゲート電極の直下に電子放出膜の一部が存在することを回避することが難しい。そのため、ゲート電極の直下の電子放出部材の部分から放出された電子は、直接、直上のゲート電極に照射する。このため、このような方法で作成された電子放出素子は無効電流が増加してしまう。
【００１２】
本発明はこのような従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、リーク電流の少ない高効率な電界放出型の電子放出素子、電子源、および画像表示装置を容易に得ることができるこれらの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１は、（Ａ）第１導電層と該第１導電層上に配置された絶縁層と該絶縁層上に配置された第２導電層とを備え、該絶縁層と該第２導電層とを貫通した第１開口を有する構造体を用意する工程と、
（Ｂ）前記第１開口内に電子放出部材を構成する材料を堆積する工程と、
（Ｃ）前記絶縁層と第２導電層のうち、少なくとも第２導電層を貫通し、前記第１開口に並設される第２開口を形成する工程と、
（Ｄ）前記第２開口と、内部に前記電子放出部材を構成する材料が堆積された前記第１開口との間に存在する絶縁層を、前記第１開口と第２開口とが連通するまでエッチングする工程と、
を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法である。
【００１４】
本発明の第２は、複数の電子放出素子を備える電子源の製造方法であって、前記複数の電子放出素子の各々が本発明の第１の製造方法により製造されることを特徴とする電子源の製造方法である。
【００１５】
本発明の第３は、電子源と該電子源から放出された電子が照射されることにより発光する発光体とを備える画像表示装置の製造方法であって、前記電子源が本発明の第２の製造方法により製造されることを特徴とする画像表示装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電子放出部材の堆積時に第１開口の周壁に付着した当該電子放出部材が、第２開口側からのエッチングにより、第１開口の周壁の除去と共に除去することができる。したがって、リーク電流の減少、プロセスマージンの増加によるディスプレイ画面内での輝度ムラの減少により、低消費電力のディスプレイを歩留まり良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１８】
図１および図２は本発明に係る電子放出素子の製造方法のフローの一例を示す図で、以下に、図１および図２の（ａ）〜（ｈ）の各工程の説明を行う。
【００１９】
（１）図１（ａ）の工程
まず、基板１上にカソード電極２を積層する。基板１としては、予めその表面を十分に洗浄した、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、シリコン板等にスパッタ法等によりＳｉＯ2を積層した積層体、アルミナ等セラミックスの絶縁性基板等を用いることができる。
【００２０】
カソード電極２は、一般的に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。カソード電極２の構成材料としては、例えば、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属または合金材料、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＬａＢ6、ＣｅＢ6、ＹＢ4、ＧｄＢ4等の硼化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体等を用いることができる。カソード電極２の厚さは、通常、１０ｎｍから１００μｍの範囲で設定される。好ましくは１００ｎｍから１０μｍの範囲で選択される。
【００２１】
次に、絶縁層３を堆積する。絶縁層３は、スパッタ法等の一般的な真空成膜法、ＣＶＤ法、真空蒸着法で形成される。厚さは、通常、１０ｎｍから１００μｍの範囲で設定され、好ましくは１０ｎｍから５μｍの範囲から選択される。構成材料としては、酸化シリコン（典型的にはＳｉＯ2）、ＳｉＮ、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、ＣａＦ、アンドープダイヤモンド等、高電界に絶えられる耐圧の高い材料が好ましい。また、絶縁層３の構成材料としては、後述する工程８におけるエッチングによって、後述する工程６で形成する電子放出膜５の構成材料よりもエッチングされやすい材料を選択することが好ましい。
【００２２】
さらに、絶縁層３に続いて、ゲート電極４を堆積する。ゲート電極４は、カソード電極２と同様に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成することができる。ゲート電極７の構成材料としては、例えば、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属または合金材料、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＬａＢ6、ＣｅＢ6、ＹＢ4、ＧｄＢ4等の硼化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体等を用いることができる。ゲート電極４の厚さは、通常、１ｎｍから１００μｍの範囲で設定され、好ましくは１０ｎｍから１μｍの範囲で選択される。
【００２３】
なお、カソード電極２とゲート電極４は、同一材料でも異種材料でも良く、また、同一形成方法でも異種方法でも良い。
【００２４】
（２）図１（ｂ）の工程
フォトリソグラフィー技術などを使用し、ゲート電極４上に所望のパターンのマスク１２を形成する。マスク１２の材料としては公知のレジスト材料を用いることができる。マスク１２のパターン（開口）は、工程３で形成する第１開口６および第２開口７の形状に応じて適宜選択される。
【００２５】
（３）図１（ｃ）の工程
ドライエッチング等のエッチングにより、マスク１２に覆われていないゲート電極４と絶縁層３を貫通してカソード電極２に到達する、第１開口６および第１開口６に並ぶ第２開口７を形成する。第１および第２開口６，７の形状は、マスク１２の開口形状と同等の形状で形成される。また、第１開口６と第２開口７の作製順序はどちらが先であっても、同時でも良い。また、第２開口７の形成は、下記工程５と工程６の間で行っても良い。
【００２６】
第２開口７は、図３に示されるように、第１開口６を囲む位置に間隔をあけて複数設けることができる他、図４（ａ）に示されるように、第１開口６を連続的に囲む環状に設けることもできる。
【００２７】
なお、図１においては、第１開口６と第２開口７の双方ともに、ゲート電極４と絶縁層３を貫通する形態を示した。しかしながら、第２開口７は、図５に示されるように、後述する工程８で行う絶縁層３のエッチングができるよう、少なくともゲート電極４を貫通していれば良い。
【００２８】
（４）図１（ｄ）の工程
マスク１２を取り除く。
【００２９】
（５）図２（ｅ）の工程
第１開口６内のみに電子放出膜５を形成するために、第１開口６に連通した開口を備えるマスク１３を形成する。マスク１３はフォトリソグラフィー技術などを用いて形成することができる。
【００３０】
（６）図２（ｆ）の工程
続いて、第１開口６内に電子放出膜５を形成する。電子放出膜５の形成は、図１のように、リフトオフ技術で行うことができる。また、インクジェット技術を用いれば、電子放出膜５の構成材料を第１開口６内に選択的に堆積させることもできるので、上記マスク１３は必ずしも必要としない。電子放出膜５を構成する材料は、例えば、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素および炭素化合物等から適宜選択することができる。好ましくは仕事関数の低いダイヤモンド膜、ダイヤモンドライクカーボン等が良い。電子放出膜５の膜厚は、通常、１ｎｍから５μｍの範囲で設定され、好ましくは５ｎｍから１００ｎｍの範囲で選択される。
【００３１】
（７）図２（ｇ）の工程
マスク１３を取り除く。
【００３２】
（８）図２（ｈ）の工程
次に、絶縁層３のエッチングを行う。エッチングは指向性の少ないエッチング方法を用いることが好ましい。具体的には等方的なエッチングが好ましく、特にはウエットエッチングが好ましい。上記等方的なエッチング方法としては、ウエットエッチングだけでなくケミカルドライエッチングのように、ラジカルを主エッチング種として利用するドライエッチングも用いることができる。
【００３３】
ウエットエッチングに使用される溶液（エッチャント）としては、絶縁層３がエッチングでき、カソード電極２、ゲート電極４、電子放出膜５が実質的にエッチングあるいは劣化されないものが望ましい。ウエットエッチングに使用される溶液のカソード電極２とゲート電極４に対するエッチングレート比は、１／２０以下が望ましく、１／１００が好適である。また、電子放出膜５に対するエッチングレートは１／５０が望ましく、１／２００が好適である。このとき使用されるエッチング溶液は、４〜１００℃の温度範囲で使用され、好ましくは、２０〜５０℃の範囲で使用される。このエッチング工程では、少なくとも第１開口６と第２開口７とが連通するまで、第１開口７側から、第２開口７と第１開口６間の絶縁層の壁１１〔図２（ｇ）参照〕の一部または全部をエッチングして除去する。
【００３４】
カソード電極２とゲート電極４間での電気的なリークは、第１開口６の側壁についた電子放出膜５を構成する材料が主原因である。このため、これを取り除くことで、リーク電流を大幅に減少させることができる。その減少量は、第１開口６の側壁に付着した電子放出膜５を構成する材料を取り除いた量に比例する。そのため、第１開口６の側壁の一部または全部を取り除き、パターン（開口形状）を変化させることで、リーク電流を制御することができる。
【００３５】
第２開口７の開口形状は、主として、開口６の形状と大きさ、絶縁層３の厚さから規定できる。このウエットエッチング工程を行った場合、行わなかった場合に比してリーク電流量を８割以上減少することがきる。
【００３６】
第２開口７の形状は、どのような形でも良いが、例えば、直線または屈曲したスリット、矩形孔、円形孔、同心円形スリット、矩形環状スリットなどから選択することができる。第２開口７の大きさは、ウエットエッチングを用いる場合においてはエッチャントが十分に入り込む大きさであればよく、例えば矩形形状とした場合の幅、円形とした場合の直径は０．５〜１０００μｍの範囲であり、好ましくは１μｍ〜１０μｍの範囲で使用される。
【００３７】
図３に示されるように、複数設けた第２開口７に大きさの大小がある場合、第１開口６と第２開口７との最近接距離Ｂ〔図２（ｇ）参照〕は、小さい第２開口７についてはこれを大きい第２開口７についてより小さくすることが好ましい。また、第２開口７が総て同じ大きさである場合、上記最近接距離Ｂは実質的に一定であることが望ましい。エッチング条件は、絶縁層３の厚さＡ〔図２（ｇ）参照〕と、絶縁層３をエッチングする速度であるエッチングレートＲと、エッチングする時間ｔとにより実質的に決めることができる。図２（ｇ）に示されるように、第２開口７が第１開口６と同様にゲート電極４と絶縁層３を貫通している場合、第１開口６と第２開口７との間にある絶縁層３を取り除くには、Ｂ≦Ｒ×ｔとなるような条件のもとでエッチングを行うことが好ましい。また、図５に示されるように、第２開口７がゲート電極４のみを貫通している場合、第１開口６と第２開口７との間にある絶縁層３の壁１１を取り除くためには、（Ａ2＋Ｂ2）1/2≦Ｒ×ｔとなるような条件のもとでエッチングを行うことが好ましい。
【００３８】
また、図３に示されるように、１個の第１開口６に対して、第２開口７が２個以上設けられる場合、第２開口７とその隣に存在する別の第２開口７間の最近接距離Ｃは、第１開口６と第２開口７との最近接距離Ｂより大きくしておくこともできるが、最近接距離Ｂより小さくすることが好ましい。このようにすることによって、図３において破線で囲まれた領域の絶縁層３全体を除去しやすくなり、第１開口６の周壁を全周に亘って連続して除去することが可能となる。この場合、第１開口６周囲のゲート電極４は、第２開口７同士間で連続しているので、図２（ｈ）に示されるようにひさし状に張り出した状態で残されることになる。また、図４（ａ）に示されるように、第２開口７を第１開口６を囲む環状に形成した場合、図４（ａ）において破線で囲まれた領域の絶縁層３全体を除去しやすくなり、第１開口６の周壁を全周に亘って連続して除去しやすくなる。この場合、図４（ｂ）に示されるように、第１開口６と第２開口７との間のゲート電極４は、第１開口６の周壁除去と共に除去されることになる。
【００３９】
図６は、絶縁層３を設ける場合の他の例を示す図で、を図１（ａ）においては、絶縁層３を１層形成しているが、図６（ａ）に示されるように、絶縁層３の上に、該絶縁層３よりもエッチングされにくいもう一つの絶縁層３’を設けることもできる。このようにすると、図６（ｂ）に示されるように、エッチング後に、第１開口６と第２開口７間に残されるゲート電極４の下に絶縁層３’が残されるので、ひさし状に突き出た第１開口６周囲のゲート電極４部分を補強することができる。
【００４０】
図７は、電子放出膜５を形成する場合の他の例を示す図で、図７（ａ）に示されるように、第１開口部６は電子放出膜５の形成材料が入り込みやすい大きさとし、第２開口７は電子放出膜５の形成材料が入り込めない大きさとしておき、その上に電子放出膜５の形成材料を例えば塗布して電子放出膜５を形成することができる。この場合、第２開口７が電子放出膜５で覆われた状態となることもあるが、第２開口７上の電子放出膜５は下側が支持されていないので、エッチング時に超音波振動などで容易に除去することができる。したがって、第２開口７上の電子放出膜５を除去して、第２開口７からの絶縁層３のエッチング除去を行えば、図７（ｂ）のように、第１開口６と第２開口７間の絶縁層３を除去した状態が得られる。
【００４１】
図１および図２で説明した本発明の方法で得られる電子放出素子は、例えば図８のように、高圧電源１０が接続されたアノード電極８を対向させ、カソード電極２ゲート電極４間に駆動のための電源９から電圧を印加することによって、電子放出膜５から電子を放出させることができる。なお、図８において、１は基板、２はカソード電極、３は絶縁層、４はゲート電極、５は電子放出膜、６は第１開口、７は第１開口６に並設された第２開口である。また、Ｖｇはゲート電極４とカソード電極２の間に印加される電圧、Ｖａはゲート電極４とアノード電極８間に印加される電圧である。
【００４２】
なお、以上説明した例においては、電子放出部材として電子放出膜５を用いた例としたが、本発明の電子放出部材は膜状のものに限られず、いわゆるスピント型のような円錐状のものなども適用することができる。本発明は、カソード電極２とゲート電極４との間に配置される絶縁層３とゲート電極４とを貫通する開口（ゲートホール）を形成した後に、開口内に電子放出部材を堆積させる工程を備える電子放出素子の製造に好ましく適用できる。また、ここでは、カソード電極２上に電子放出膜５を直接配置した形態を示したが、カソード電極２と電子放出膜５との間に電流制限などの目的のために抵抗膜が配置されていてもよい。カソード電極２にはこのような抵抗膜を有する電極も含まれる。
【００４３】
次に、本発明の製造方法で作成した電子放出素子を適用した応用例について以下に述べる。
【００４４】
本発明の電子放出素子は、その複数個を基体上に配列することによって、例えば電子源、あるいは画像表示装置を構成することができる。
【００４５】
図９は、本発明の電子放出素子を複数配して得られる電子源の模式図である。図９において、電子源基体８０１上に、ｍ本のＸ方向配線８０２と、ｎ本のＹ方向配線８０３と、多数（ｍ×ｎ個）の電子放出素子８０４が配設されている。各電子放出素子８０４は、Ｘ方向配線８０２の一つとＹ方向配線８０３の一つとに接続されている。配線８０２，８０３と電子放出素子８０４との接続は、前記したカソード電極とゲート電極を介して行われる。
【００４６】
Ｘ方向配線８０２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、…Ｄｘｍのｍ本の配線から成り、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性材料で構成することができる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配線８０３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…Ｄｙｎのｎ本の配線から成り、Ｘ方向配線８０２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線８０２とｎ本のＹ方向配線８０３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離している。ここで、ｍおよびｎは共に正の整数である。
【００４７】
不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成されたSiO2 等で構成される。不図示の層間絶縁層は、例えば、Ｘ方向配線８０２を形成した基体８０１の全面或いはその一部に所望の形状で形成され、特にＸ方向配線８０２とＹ方向配線８０３との交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線８０２とＹ方向配線８０３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００４８】
Ｘ方向配線８０２、Ｙ方向配線８０３、および一対の電極（カソード電極２、ゲート電極４）を構成する材料は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、またそれぞれ異なっていても良い。電極を構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電極に接続した配線は素子電極ということもできる。また、素子電極を配線電極として用いることもできる。
【００４９】
Ｘ方向配線８０２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子８０４の行を選択するための、走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、Ｙ方向配線８０３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子８０４の各列を入力信号に応じて変調するための、不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
【００５０】
上記構成においては、単純なマトリクス配線を用いて、個別の電子放出素子を選択し、独立に駆動可能とすることができる。このような単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した画像形成装置について、図１０を用いて説明する。図１０は、画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【００５１】
図１０において、８０１は電子放出素子を複数配した電子源基体、９０１は電子源基体８０１を固定したリアプレート、９０６はガラス基体９０３の内面に画像形成部材である蛍光体としての蛍光膜９０４とメタルバック９０５等が形成されたフェースプレートである。９０２は支持枠であり、支持枠９０２には、リアプレート９０１、フェースプレート９０６がフリットガラス等を用いて接続されている。９０７は外囲器であり、例えば、大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範囲で１０分以上焼成することで、封着して構成される。
【００５２】
外囲器９０７は、上述した通り、フェースプレート９０６、支持枠９０２、リアプレート９０１で構成される。リアプレート９０１は主に基体８０１の強度を補強する目的で設けられるため、基体８０１自体で十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレート９０１は不要とすることができる。即ち、基体８０１に直接支持枠９０２を封着し、フェースプレート９０６、支持枠９０２および基体８０１で外囲器９０７を構成しても良い。一方、フェースプレート９０６、リアプレート９０１間に、スペーサーとよばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器９０７を構成することもできる。
【００５３】
なお、本発明の電子放出素子を用いた画像形成装置では、放出した電子軌道を考慮して、電子放出素子８０４上部に蛍光体（蛍光膜９０４）をアライメントして配置する。
【００５４】
図１１は、本件のパネルに使用した蛍光膜９０４を示す模式図である。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列により図１０（ａ）に示すブラックストライプあるいは図１０（ｂ）に示すブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導電材１００１と蛍光体１００２とから構成した。
【００５５】
本発明の画像形成装置は、テレビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコンピューター等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光プリンターとしての画像形成装置等としても用いることができる。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００５７】
実施例１
図１および図２を用いて本実施例の電子放出素子の製造工程を詳細に説明する。
【００５８】
〔工程１−１：図１（ａ）〕
まず、基板１に石英を用い、十分洗浄を行った後、抵抗加熱蒸着により、基板１上に、カソード電極材料２として厚さ３００ｎｍのＡｌを成膜した。
【００５９】
次に、絶縁層３の作製のために、原料ガスとしてＳｉＨ4、ＮＯ2を使用してプラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ2を約１０００ｎｍ成膜した。
【００６０】
次に、絶縁層３上に、ゲート電極４として、Ｔａを１００ｎｍの厚さになるようにスパッタ法により成膜した。
【００６１】
〔工程１−２：図１（ｂ）〕
次に、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジストのスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパターン１２を形成した。このときの第１開口６の開口径は３μｍとした。また、並設した第２開口７の開口も同時に形成した。このときの第２開口７の開口径は２μｍ、第１開口６と第２開口７間に挟まれる絶縁層３の厚さは１μｍとなるようにした。
【００６２】
〔工程１−３：図１（ｃ）〕
次に、エッチングガスとしてＣＦ4、Ｈ2の混合ガス、エッチングパワーとして１５０Ｗ、エッチング圧力として、５Ｐａの条件で、ドライエッチングを行い、カソード電極２上面でエッチングをストップした。
【００６３】
〔工程１−４：図１（ｄ）〕
次に、残ったマスクパターン１２を、剥離液にて除去した。
【００６４】
〔工程１−５：図２（ｅ）〕
次に、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジストのスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、第１開口６が露出するマスクパターン１３を形成した。
【００６５】
〔工程１−６：図２（ｆ）〕
次にプラズマＣＶＤ法を用いて、ダイヤモンドライクカーボン膜を約３０ｎｍ堆積させ、電子放出膜５とした。
【００６６】
〔工程１−７：図２（ｇ）〕
次に、マスクパターン１３を、剥離液にてリフトオフした。
【００６７】
〔工程１−８：図２（ｈ）〕
次に、ＢＨＦ（エッチングレート：１００ｎｍ／ｍｉｎ）に、１１分間浸すことにより、ＳｉＯ2をウエットエッチングし、水洗を１０分行い、本実施例の電子放出素子を完成させた。
【００６８】
実施例２
工程２−１〜工程２−６を経て電子放出素子を完成させた。
【００６９】
工程２−１〜工程２−４は実施例１の工程１−１〜工程１−４と同様であり、それ以降の工程２−５および工程２−６を説明する。
【００７０】
〔工程２−５〕
図２（ｇ）における第１開口６付近に感光性ポリマーをパターニングし、その後、真空中で５００℃で熱処理を行うことで、上記ポリマーをカーボン化し、電子放出膜５とした。
【００７１】
〔工程２−６〕
次に、ＢＨＦ（エッチングレート：１００ｎｍ／ｍｉｎ）に、１１分間浸すことにより、ＳｉＯ2を、ウエットエッチングし、水洗１０分行い、本実施例の電子放出素子を完成させた。
【００７２】
実施例３
工程３−１〜工程３−６を経て電子放出素子を完成させた。
【００７３】
工程３−１〜工程３−４は実施例１の工程１−１〜工程１−４と同様であり、それ以降の工程３−５および工程３−６を説明する。
【００７４】
〔工程３−５〕
感光性ポリマーの粘度とスピンコートの回転数を調整し、開口部の大きい第１開口６には感光性ポリマーが進入するが、開口部の小さい並設された第２開口７には感光性ポリマーが進入しない条件で、感光性ポリマーを塗布した。今回の条件では、感光性ポリマーの粘度を２０ｃｐ、スピンコートの回転数を３０００ｒｐｍとした。その後、真空中で５５０℃で熱処理を行うことで、ポリマーをカーボン化し、数十ｎｍの厚さの電子放出膜５とした〔図７（ａ）参照〕。
【００７５】
〔工程３−６〕
次に、ＢＨＦ（エッチングレート：１００ｎｍ／ｍｉｎ）中に、超音波をかけながら１分浸し、その後１０分間ＢＨＦ（エッチングレート：１００ｎｍ／ｍｉｎ）中に浸すことにより、ＳｉＯ2を、ウエットエッチングし、水洗１０分行い、本実施例の電子放出素子を完成させた。このとき、並設された第２開口７上に覆われた電子放出膜５は、下側に支持体がないため、完全に取り除かれていた〔図７（ｂ）参照〕。
【００７６】
実施例４
図１、図２および図６を用いて本実施例の電子放出素子の製造工程を詳細に説明する。
【００７７】
〔工程４−１：図６（ａ）〕
まず、基板１に石英を用い、十分洗浄を行った後、スパッタ法により、基板１上に、カソード電極材料２として厚さ３００ｎｍのＰｔを成膜した。
【００７８】
次に、絶縁層３の作製のために、原料ガスとしてＳｉＨ4、ＮＯ2を使用してプラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ2を約５００ｎｍ成膜した。
【００７９】
次に、スパッタ法を用いて、絶縁層３’の作製のために原料ガスとしてＳｉＨ4、ＮＨ4、Ｎ2を使用してプラズマＣＶＤ法により、ＳｉＮxを約５００ｎｍ成膜した。
【００８０】
次に、絶縁層３’上に、ゲート電極４として、Ｔａを１００ｎｍの厚さになるように抵抗加熱蒸着により成膜した。
【００８１】
〔工程４−２〕
次に、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジストのスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、図１（ｂ）に示されるようなマスクパターン１２を形成した。このときの第１開口６の開口径は３μｍとした。また、並設した第２開口７の開口も同時に形成した。このときの第２開口７の開口径は２μｍ、第１開口６と第２開口７間に挟まれた絶縁層３の厚さは１μｍとなるようにした。
【００８２】
〔工程４−３〕
次に、エッチングガスとしてＣＦ4、Ｈ2の混合ガス、エッチングパワーとして１５０Ｗ、エッチング圧力として、５Ｐａの条件で、ドライエッチングを行い、カソード電極２上面でエッチングをストップし、図１（ｃ）と同様の状態とした。
【００８３】
〔工程４−４〕
次に、残ったマスクパターン１２を、剥離液にて除去し、図１（ｄ）と同様の状態とした。
【００８４】
〔工程４−５〕
次に、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジストのスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、図２（ｅ）と同様に、第１開口６が露出するマスクパターン１３を形成した。
【００８５】
〔工程４−６〕
次に、図２（ｆ）と同様に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ダイヤモンドライクカーボン膜を約３０ｎｍ堆積させ、電子放出膜５とした。
【００８６】
〔工程４−７〕
次に、マスクパターン１３を、剥離液にてリフトオフし、図２（ｇ）の状態とした。
【００８７】
〔工程４−８：図６（ｂ）〕
次に、ＢＨＦ（ＳｉＯ2のエッチングレート：１００ｎｍ／ｍｉｎ）に、１１分間浸すことにより、ＳｉＯ2を、ウエットエッチングし、水洗１０分行い、本実施例の電子放出素子を完成させた。
【００８８】
実施例５
工程５−１〜工程５−７を経て電子放出素子を完成させた。
【００８９】
工程５−１〜工程５−４は実施例１の工程１−１〜工程１−４と同様であり、それ以降の工程３−５〜工程３−７を説明する。
【００９０】
〔工程５−１〕
スパッタ法を用いて、Ｃｏ膜を１０ｎｍ成膜した。
【００９１】
〔工程５−６〕
次に、ＢＨＦ（エッチングレート：１００ｎｍ／ｍｉｎ）に、１１分間浸すことにより、ＳｉＯ2を、ウエットエッチングし、水洗１０分おこない、図２（ｈ）の電子放出膜５の代わりにＣｏ膜が付着した状態とした。
【００９２】
〔工程５−７〕
次に、大気圧のＣ2Ｈ4中で６００℃で加熱することで、Ｃｏから繊維状炭素を１００ｎｍ以下の高さになるように成長させ、これを図２（ｈ）の電子放出膜５とすることで、素子を完成させた。なお、繊維状炭素の成長条件はこの条件に限定されるものではない。
【００９３】
実施例６
工程は実施例３と同様とした。ただし、第２開口７は図４（ａ）に示す環状の平面形状とし、第１開口６と第２開口７が一体となった部分の中央部に電子放出層５を有する図４（ｂ）の電子放出素子を作製した。
【００９４】
実施例７
本実施例により作製した電子放出素子を図８に示されるように接続し、当該電子放出素子を駆動させるために、Ｖｇ、Ｖａを印加すると、形成された孔の中に強い電界が形成され、Ｖｇや絶縁層３の厚さ、形状、絶縁層の誘電率などにより孔内部の等電位面の形状が定められる。孔の開口の外では主にアノード電極８との距離Ｈにもよるが、Ｖａによりほぼ平行な等電位面となる。
【００９５】
電子放出膜５にかかる電界がある閾値を超えると、電子放出膜５から電子が放出される。孔の開口から出た電子はアノード電極８に設けられている蛍光体（不図示）に衝突し発光する。
【００９６】
実施例１において作製した電子放出素子の上方にアノード電極８を配置して、カソード電極２とゲート電極４との間に電圧を印加し駆動した。
【００９７】
印加電圧はＶａ＝１０ｋＶで、電子放出膜５とアノード電極との距離Ｈを２ｍｍとした。
【００９８】
ここで、アノード電極８として蛍光体を塗布した電極を用い、電子ビームのサイズを観察した。ここで言う電子ビームサイズとは、発光した蛍光体のピーク輝度が１０％の領域までのサイズのことをいう。電子ビーム径は径８０μｍ／８０μｍ（ｘ／ｙ）となった。
【００９９】
同様の素子を１０回作製し、ビーム径のばらつきを観察したところ、ばらつき幅は±２％以内に収まった。
【０１００】
実施例８
上記実施例３で作製した電子放出素子を用いて画像表示装置を作製した。実施例３で示した素子を１００×１００のマトリクス状に配置した。配線は図９のようにＸ側をカソード電極２に、Ｙ側をゲート電極４に接続した。素子は、横３００μｍ、縦３００μｍのピッチで配置した。素子上部には蛍光体を配置した。この結果、マトリクス駆動が可能な高輝度で高精細な画像表示装置が形成できた。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明に係る電子放出素子の製造方法の手順の一例を（ａ）〜（ｄ）の順に示す説明図である。
【図２】本発明に係る電子放出素子の製造方法の手順の一例を図１に続く（ｅ）〜（ｈ）の順に示す説明図である。
【図３】第１開口と第２開口の一例を示す平面図である。
【図４】第１開口と第２開口の他の例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は第２開口側からのエッチング後の断面図である。
【図５】第２の開口の他の例を示す断面図である。
【図６】絶縁層の他の例を示す図で、（ａ）は第１開口および第２開口形成前の断面図、（ｂ）は第２開口側からのエッチング後の断面図である。
【図７】電子放出膜の形成手順の他の例を示す図で、（ａ）は第２開口側からのエッチング前の断面図、（ｂ）は第２開口側からのエッチング後の断面図である。
【図８】本発明の方法で得られた電子放出素子を駆動する時の説明図である。
【図９】本発明の方法で得られた単純マトリックス配置の電子源を示す構成図である。
【図１０】本発明の方法で得られた単純マトリックス配置の電子源を用いた画像表示装置を示す概略構成図である。
【図１１】本発明にかかる画像形成装置における蛍光膜の説明図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１    基板
２    カソード電極
３    絶縁層
４    ゲート電極
５    電子放出膜
６    第１開口
７    第２開口
８    アノード電極
９    駆動電源
１０  高圧電源
１１  第１開口６と第２開口７の間の絶縁層
１２  マスクパターン
１３  マスクパターン
８０１  電子源基体
８０２  Ｘ方向配線
８０３  Ｙ方向配線
８０４  電子放出素子
８０５  結線
９０１  リアプレート
９０２  支持枠
９０３  ガラス基体
９０４  蛍光体
９０５  メタルバック
９０６  フェースプレート
９０７  外囲器
１００１  黒色導電材
１００２  蛍光体
【図１】
2007073208.tif 000003
【図２】
2007073208.tif 000004
【図３】
2007073208.tif 000005
【図４】
2007073208.tif 000006
【図５】
2007073208.tif 000007
【図６】
2007073208.tif 000008
【図７】
2007073208.tif 000009
【図８】
2007073208.tif 000010
【図９】
2007073208.tif 000011
【図１０】
2007073208.tif 000012
【図１１】
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